混合氮源驱动下的有害藻华形成机制：Prymnesium parvum生理与基因表达响应研究

为探究水产养殖废水中混合氮源对有害藻华物种Prymnesium parvum的调控机制，研究人员通过生理实验与转录组学分析，揭示其在高浓度氮（8.83×103 μmol/L）下的竞争优势及低氮（8.83×101 μmol/L）时的捕食-毒素防御策略，发现谷氨酸代谢重编程是关键分子机制，为藻华防控提供理论依据。

　　

水产养殖业的快速发展导致废水中氮磷负荷激增，成为有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）爆发的温床。其中，能产生强效毒素的混养型定鞭藻Prymnesium parvum尤为危险，其通过allelopathy（化感作用）、toxicity（毒性）和predation（捕食）等多重策略适应污染环境，但混合氮源对其生理及分子机制的影响尚不明确。这一问题在中国传统高密度养殖模式下尤为突出——过量投喂导致水体氮化合物（硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐及有机氮）浓度异常，而P. parvum的暴发性增殖已对多地养殖场造成严重损失。

针对这一科学难题，宁波大学的研究团队在《Harmful Algae》发表论文，通过模拟水产养殖废水氮组成，结合生理表型分析与RNA-Seq技术，系统解析了P. parvum对混合氮源的响应机制。研究发现：高氮环境（8.83×10³ μmol/L）下P. parvum通过上调氮代谢基因（如谷氨酸脱氢酶）直接转化氨为L-谷氨酸（L-glutamate），绕过L-谷氨酰胺（L-glutamine）途径以节省能量，从而获得竞争优势；低氮条件（8.83×10¹ μmol/L）则触发其捕食硅藻Thalassiosira pseudonana并增强毒素分泌的生存策略。该研究首次揭示混合氮源通过代谢重编程驱动藻华形成的分子生态学机制。

关键技术方法包括：1）模拟水产废水配制不同浓度梯度混合氮源（硝酸盐/亚硝酸盐/铵盐/有机氮）；2）测定藻细胞生长曲线、光合效率（Fv/Fm）及色素含量；3）基于RNA-Seq的转录组分析差异表达基因；4）捕食实验（以Rhodomonas salina为猎物）与毒素活性检测（卤虫Artemia salina致死率）。

研究结果：
1. 混合氮源条件下P. parvum的生长特征
生长曲线显示高氮组生物量显著提升，而低氮组延滞期延长。叶绿素a/c含量与光合效率随氮浓度升高而增加，表明氮可利用性直接影响其光合产能。

2. 氮浓度依赖的生存策略转换
高氮（8.83×10³ μmol/L）时，P. parvum分泌的细胞滤液对T. pseudonana抑制率达70%，体现强烈化感作用；低氮（8.83×10¹ μmol/L）则促进猎物生长，但伴随毒素介导的卤虫96小时死亡率升高至85%，揭示其"营养胁迫-毒素防御"的生存权衡。

3. 转录组揭示氮代谢重编程
从单一硝酸盐转向混合氮源时，谷氨酰胺合成酶（GS）基因下调而谷氨酸脱氢酶（GDH）上调，提示氨同化途径从GS-GOGAT（依赖ATP）转向GDH（节能）通路。高氮组中碳骨架代谢相关基因（如TCA循环）显著激活，为细胞增殖提供物质基础。

结论与意义
该研究阐明P. parvum通过代谢灵活性（metabolic flexibility）适应水产废水氮动态：高氮环境下优先利用节能途径快速增殖，低氮时启动捕食-毒素防御策略。这一发现突破传统单一氮源研究的局限性，揭示混合氮污染通过重塑核心氮代谢网络（尤其是GDH介导的谷氨酸旁路）驱动藻华爆发的机制，为养殖水体氮管理提供精准调控靶点（如抑制GDH活性）。此外，毒素产量与氮浓度的非线性关系（>8.83×10³ μmol/L时毒性下降）提示过度投喂可能意外降低生态风险，这对制定差异化防控策略具有重要实践价值。